黃河上游拉干峽—寺溝峽段特大型滑坡及其成因研究

周保，彭建兵，殷躍平，李小林，魏剛，馬小強(qiáng)

1）長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安，710054；

2）長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安，710054；

3）青海省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，西寧，810100

4）中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京，100081；

5）青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，西寧，810100

內(nèi)容提要：黃河上游拉干峽—寺溝峽段共發(fā)育特大型滑坡116處，群尖盆地?zé)o論是數(shù)量還是強(qiáng)度上都占到了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這與其所處的特殊構(gòu)造部位和昆黃運(yùn)動(dòng)時(shí)期各大斷裂帶運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變直接相關(guān)；高原掀斜式隆升過(guò)程導(dǎo)致各大支流水系特大型滑坡西岸多發(fā)于東岸。研究區(qū)特大型滑坡有明顯的4個(gè)群發(fā)期，各期都有其不同的觸發(fā)因素，50 ka和30 ka屬構(gòu)造和氣候的耦合成因，10 ka為構(gòu)造觸發(fā)，5 ka為降雨所致。

黃河上游拉干峽—寺溝峽段特大型滑坡（方量超過(guò)1×107m3）高密度發(fā)育，沿黃河兩岸10000 km2范圍內(nèi)就發(fā)育特大型滑坡116處。該區(qū)構(gòu)造上隸屬于南祁連塊體與西秦嶺塊體的交接部位、青藏高原與黃土高原的過(guò)渡地帶，以積石峽為界，西部為快速隆升的青藏高原，東部為相對(duì)隆升的黃土高原，此處對(duì)高原隆升響應(yīng)強(qiáng)烈；多數(shù)學(xué)者研究認(rèn)為昆黃運(yùn)動(dòng)時(shí)期（李吉均等，1991；崔之久等，1998）即 1.1 Ma左右黃河溯源侵蝕切開(kāi)積石峽（潘保田等，1996）開(kāi)始進(jìn)入青藏高原。隨后在早更新世末—中更新世初，約 0.6 Ma（鄭紹華等，1985；李吉均等，1991，2001；）黃河切開(kāi)李家峽，0.15 Ma左右切開(kāi)龍羊峽（李吉均等，1991；潘保田等，1991，1994；趙振明等，2003），研究區(qū)全段進(jìn)入河流形成演化階段。但對(duì)于晚更新世以來(lái)黃河上游該段的構(gòu)造演化卻很少有人涉及（趙振明等，2003；李小林等，2007）。一些學(xué)者在本次研究區(qū)也做了一些有益的年代學(xué)研究工作（彭建兵等，1997；李小林等，2007；吳慶龍等，2009），但還存在很多不同的意見(jiàn)和看法，彭建兵等（1997）研究認(rèn)為積石峽地區(qū)的滑坡多覆于I級(jí)階地之上，結(jié)合階地形成年代及馬兒坡東滑坡后緣湖湘層物質(zhì)的14C測(cè)年結(jié)果（8.5±0.4 ka），認(rèn)為該區(qū)滑坡多發(fā)在8～9 ka間；吳慶龍等（2009年）對(duì)積石峽馬兒坡東滑坡的堰塞湖湖相沉積主要采取14C的方法進(jìn)行了年代學(xué)研究，結(jié)合堰塞湖的沉積速率推算出了滑坡的形成年代大約在1820 B.C.～1725 B.C.之間，并認(rèn)為滑坡發(fā)生到潰決只用了短短幾天時(shí)間。李小林等（2007）通過(guò)對(duì)李家峽階地的14C測(cè)年結(jié)果，結(jié)合“共和運(yùn)動(dòng)”以來(lái)黃河的侵蝕切割已使兩岸形成350m的高陡斜坡，認(rèn)為18～29 ka是一個(gè)特大型滑坡的集中群發(fā)期，另外考慮到3～8 ka是一個(gè)溫暖濕潤(rùn)期，及滑坡TL測(cè)年結(jié)果認(rèn)為此期也是一個(gè)群發(fā)期。以上研究由于樣本數(shù)較少且測(cè)年方法單一，并不能較為全面的反映該區(qū)特大型滑坡的群發(fā)期，本次采用的OSL測(cè)年方法在時(shí)間尺度上可保證晚更新世以來(lái)的滑坡事件不被遺漏。特大型滑坡的群發(fā)應(yīng)該是始于某種特殊的構(gòu)造背景或氣候背景條件下，是強(qiáng)烈新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或溫濕古氣候的一種響應(yīng)，特大型滑坡的形成與高原隆升到底有沒(méi)有成生關(guān)系的必然性，與古氣候的演化又有什么關(guān)系，這些都是本文探討的主要問(wèn)題。研究古（老）特大型滑坡的群發(fā)特性，對(duì)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的分期及古氣候的研究都有十分重要的科學(xué)意義。

1 孕育背景條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)地形主要以盆山相間的串珠狀盆地為主，流水侵蝕作用在其流經(jīng)的山地峽谷和丘陵盆地帶形成了多級(jí)階地和剝蝕、侵蝕山地；地貌形態(tài)類型可劃分為：平原（包括被切割的高臺(tái)地）、丘陵、山岳三大基本類型和8個(gè)地貌類型亞區(qū)（圖1）。特大型滑坡分布主要集中在構(gòu)造侵蝕低山丘陵和龍羊峽右岸高陡斜坡地帶。構(gòu)造侵蝕低山丘陵區(qū)主要分布于各盆地的邊緣地帶，地質(zhì)歷史時(shí)期長(zhǎng)期受黃河側(cè)蝕、下切作用及支流水系的切割影響，致使多處地段三面或三角形臨空，臨空面高達(dá)400～600 m，為特大型滑坡的形成提供了良好的地形地貌條件。

1.2 地層巖性

區(qū)內(nèi)從古元古界—新生界地層均有分布，但易滑地層主要為古近系—新近系泥巖、砂巖及下更新統(tǒng)湖相半成巖的粘土巖和上更新統(tǒng)黃土。區(qū)內(nèi)古近系—新近系紅層沉積厚度大，主要為泥、砂巖互層結(jié)構(gòu)，且多在泥巖頂部、砂巖底面易形成軟弱結(jié)構(gòu)面，加之紅層可溶鹽含量高，在干燥情況下有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，基于其粘結(jié)和溶鹽膠結(jié)特性，其物理力學(xué)性質(zhì)又表現(xiàn)為遇水易崩解，抗剪強(qiáng)度急劇下降特性。另外龍羊峽庫(kù)區(qū)右岸的湖相層粘土巖由于其力學(xué)強(qiáng)度低，遇水易造成溶鹽流失的特性也成為區(qū)內(nèi)主要易滑地層。綜上所述，可溶鹽膠結(jié)地層是區(qū)內(nèi)主要易滑地層。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

自高原強(qiáng)烈隆升以來(lái)，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)特大型滑坡形成發(fā)育的控制就已經(jīng)開(kāi)始，持續(xù)擠壓應(yīng)力作用下盆地邊緣開(kāi)始隆起，內(nèi)部斷陷，為特大型滑坡的物質(zhì)沉積提供了有利地形條件，之后的構(gòu)造抬升使侵蝕基準(zhǔn)面降低，黃河溯源侵蝕切開(kāi)各峽口，盆地內(nèi)部開(kāi)始轉(zhuǎn)入河流形成演化階段，每一期的構(gòu)造抬升均在岸坡地帶以基座階地的形成體現(xiàn)，最終塑造了適宜特大型滑坡產(chǎn)生的地形地貌條件。此外每一階段的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都會(huì)造成隆起帶及周緣地區(qū)應(yīng)力集中，斷裂構(gòu)造及節(jié)理裂隙發(fā)育，這些結(jié)構(gòu)面為后期特大型滑坡的發(fā)育提供了優(yōu)勢(shì)拉裂或剪切滑動(dòng)面，并成為降雨入滲的通道，對(duì)特大型滑坡的形成具有控制性作用。與此同時(shí)本文對(duì)隆起帶及峽谷區(qū)特大型滑坡的分布發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)，隆起帶及峽谷區(qū)特大型滑坡絕大多數(shù)與斷裂構(gòu)造具有很好的線性相關(guān)性（圖3）。

2 特大型滑坡分布發(fā)育規(guī)律

2.1 空間分布發(fā)育特征

研究區(qū)特大型滑坡分布具有明顯的空間分布不均特性，干流兩岸、支流兩岸、各盆地、各隆起帶都有不同的特性（表1）。

干流兩岸：干流兩岸特大型滑坡占研究區(qū)滑坡總數(shù)的25%，方量卻占總方量的43%。多以整體推移式為主、且多堵塞或推移過(guò)黃河。分布發(fā)育的總體特點(diǎn)是數(shù)量小、強(qiáng)度大，右岸在發(fā)育數(shù)量和強(qiáng)度上都高于左岸。

支流兩岸：支流特大型滑坡占研究區(qū)滑坡總數(shù)的75%，方量只占總方量的57%。多數(shù)以逐級(jí)牽引式破壞為主，滑動(dòng)速率較慢。分布發(fā)育的總體特點(diǎn)是數(shù)量大、但強(qiáng)度并不高，群尖盆地發(fā)育強(qiáng)度最大。此外對(duì)研究區(qū)各盆地及峽谷區(qū)一些主要支流進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，各支流水系上特大型滑坡的分布普遍具有西岸強(qiáng)于東岸的特性。

各盆地區(qū)：各盆地特大型滑坡占研究區(qū)滑坡總數(shù)的85%，方量只占總方量的89%，是研究區(qū)特大型滑坡的主發(fā)區(qū)。除共和盆地為早更新世湖相層滑坡外，其余均為新近系地層滑坡。其中群尖盆地在發(fā)育強(qiáng)度和數(shù)量上都占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

各隆起帶：隆起帶內(nèi)特大型滑坡占到研究區(qū)特大型滑坡總數(shù)和總方量的15%和11%。均由前第三系地層滑坡和侵入巖滑坡組成，隆起帶特大型滑坡一顯著特性為多數(shù)滑坡嚴(yán)格受斷裂帶控制。

2.2 時(shí)間分布發(fā)育特征

分期特征研究的理想情況是對(duì)研究區(qū)每一個(gè)滑坡進(jìn)行測(cè)年，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的，我們挑選了10處具有代表性的滑坡（圖4），采用了14C和OSL兩種方法進(jìn)行了測(cè)年。

群發(fā)分期的前提是對(duì)古滑坡形成年代較為準(zhǔn)確的測(cè)定和對(duì)層狀地貌的統(tǒng)一把握。同一個(gè)盆地，由于其階地形成及演化遵循或者符合同一種模式或過(guò)程，形成年代應(yīng)該大體相同，故同一個(gè)盆地發(fā)育的不同滑坡如覆蓋在同一級(jí)階地，則可以近似被認(rèn)為是同期形成；由于黃河側(cè)向侵蝕等原因，導(dǎo)致階地關(guān)系不明顯時(shí)，可通過(guò)滑坡前緣高程和對(duì)岸或臨近地區(qū)階地高程或已知滑坡前緣高程做類比的方法推算滑坡發(fā)生的年代。基于以上認(rèn)識(shí)和測(cè)年結(jié)果（OSL樣品測(cè)年工作在中國(guó)科學(xué)院鹽湖資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的釋光測(cè)年實(shí)驗(yàn)室完成，14C樣品測(cè)年工作由西安加速器質(zhì)譜中心完成）（表2），筆者等共對(duì)研究區(qū)特大型滑坡分為明顯的4個(gè)群發(fā)期，分別為：50 ka左右、30 ka左右、10 ka左右及5 ka左右（周保等，2014）。

圖1 黃河上游拉干峽—寺溝峽段地貌類型分區(qū)與特大型滑坡分布圖Fig.1 Geomorphy type and large-scale landslides distribution map in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

圖2 黃河上游拉干峽—寺溝峽段地層巖性與特大型滑坡分布圖Fig.2 Formation lithology characters and large-scale landslides distribution map in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

3 特大型滑坡成因研究

3.1 特大型滑坡與青藏高原隆升

高原北部三疊紀(jì)全線退海，遞進(jìn)式隆升在中新世中期（13Ma左右）才抵達(dá)唐古拉山及昆侖山地區(qū)（彭建兵，2006），故而古近紀(jì)時(shí)期研究區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)并不強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為各盆地緩慢下陷或呈洼地形態(tài)；新近紀(jì)早期劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使各盆地強(qiáng)烈斷陷，研究區(qū)進(jìn)入以湖相、河湖相為主的沉積時(shí)代，期間沉積了一套內(nèi)陸湖相碎屑巖地層。這一地層為之后特大型滑坡在貴德盆地、群尖盆地及循化盆地的發(fā)育奠定了豐厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)尤其是昆黃運(yùn)動(dòng)以來(lái)，青藏高原北部各大斷裂帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)開(kāi)始逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽呋祦?lái)訊等，1990；國(guó)家地震局，1992，1993，1999；滕瑞增等，1994；侯康明等，1999；）。在這一構(gòu)造背景影響下，青藏高原北部的NNW向山脈開(kāi)始加速隆升，研究區(qū)亦表現(xiàn)為分割各盆地的NNW向隆起帶開(kāi)始加速隆升（周保等，2009），而對(duì)于群尖盆地，其南部的控制性斷裂為分割祁連塊體和西秦嶺塊體的區(qū)域性深大斷裂即青海南山—西秦嶺北緣斷裂帶，對(duì)各期的構(gòu)造響應(yīng)明顯，但對(duì)于分隔群尖與循化盆地的德恒隆隆起帶，其實(shí)為單向地塹式構(gòu)造，在循化盆地一側(cè)不發(fā)育斷層，故而應(yīng)力主要集中在群尖盆地，昆黃運(yùn)動(dòng)以來(lái)的構(gòu)造抬升在研究區(qū)主要集中在群尖盆地，致使現(xiàn)今該盆地的切割深度最大，達(dá)920m，為之后特大型滑坡在該盆地的集中發(fā)育奠定了十分有利的地形地貌條件。

表1黃河上游拉干峽—寺溝峽段特大型滑坡統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)表Table 1 Statistical summary table of large-scale landslides in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow

表2測(cè)年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Dating data table

表3階地統(tǒng)計(jì)表Table 3 terrace table

表4觸發(fā)因素篩選表Tab4 triggering factors screening table

圖3 黃河上游拉干峽—寺溝峽段主控?cái)嗔雅c特大型滑坡分布圖Fig.3 Main control fracture and large-scale landslides distribution map in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

圖4 黃河上游拉干峽—寺溝峽段特大型滑坡分布及取樣位置示意圖Fig.4 Large-scale landslides distribution and sampling location diagram in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

高原隆升幅度在研究區(qū)黃河南北岸的差異導(dǎo)致多數(shù)地段干流區(qū)右岸侵蝕切割強(qiáng)烈，相對(duì)于左岸特大型滑坡多發(fā)，尤其是受青海南山—西秦嶺北緣區(qū)域性深大斷裂帶的影響，群尖和循化盆地表現(xiàn)為右岸抬升幅度大于左岸，右岸遭受侵蝕，左岸堆積，這就導(dǎo)致黃河右岸在分布密度和強(qiáng)度上要高于左岸的現(xiàn)狀。另外，高原掀斜式隆升過(guò)程使支流西岸遭受侵蝕切割，東岸堆積，造成西岸特大型滑坡無(wú)論是數(shù)量還是強(qiáng)度上都遠(yuǎn)超于東岸的根本原因。共和運(yùn)動(dòng)使龍羊峽被切開(kāi)（潘保田等，1991；李吉均等，1996；趙振明等，2001，2003），導(dǎo)致區(qū)內(nèi)共發(fā)育了多達(dá)12級(jí)的階地，對(duì)50 ka和30ka的兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都有記錄（表3）。除一級(jí)階地為堆積階地外，其余均為基座階地。強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升降低了侵蝕基準(zhǔn)面，造成黃河及其支流水系強(qiáng)烈下切，為特大型滑坡的產(chǎn)生提供了必要的臨空和高陡斜坡等地形條件。

3.2 特大型滑坡與古氣候演化

結(jié)合特大型滑坡的分期特征，本文重點(diǎn)分析對(duì)應(yīng)于各個(gè)群發(fā)期的古氣候研究現(xiàn)狀。

50～30ka的這兩期滑坡與古氣候及降雨事件有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，此期屬間冰階的異常高溫期，是一個(gè)青藏高原普遍的異常溫暖濕潤(rùn)時(shí)期，降水有4成至成倍的增長(zhǎng)，范圍包括了青藏高原北側(cè)，高原泛湖在此期發(fā)育（施雅風(fēng)等，1999，2002；賈玉蓮，2004；鄭綿平，2006；陳可造，1990）。全新世以來(lái)進(jìn)入冰后期階段，氣候總體特點(diǎn)是普遍轉(zhuǎn)暖，5 ka左右是個(gè)溫濕氣候（張彭熹，1994），這一期特大型滑坡與降雨有很大關(guān)系。

3.3 觸發(fā)因素塞選

50ka左右研究區(qū)在氣候方面對(duì)應(yīng)于間冰階，是異常高溫期，雨強(qiáng)應(yīng)該是很大的，而此期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)屬共和運(yùn)動(dòng)第二幕，全區(qū)都有構(gòu)造響應(yīng)，反映最強(qiáng)烈的是瓦里貢山隆起帶，結(jié)合測(cè)年數(shù)據(jù)及區(qū)域地層對(duì)比，50ka左右的滑坡集中在群尖盆地西部，循化盆地的CLG滑坡也發(fā)生在此期，推測(cè)瓦里貢山隆起帶上的滑坡同期發(fā)生。觸發(fā)滑坡的因素可能是降雨與地震的耦合。

30ka左右時(shí)期，在氣候方面已被很多人認(rèn)為是個(gè)很強(qiáng)的夏季風(fēng)事件，降雨成倍增加，高原發(fā)育廣泛的泛湖，構(gòu)造方面屬共和運(yùn)動(dòng)第二幕的收尾階段，李家峽切出了55m的T3（表3），說(shuō)明在區(qū)域性深大斷裂的影響下，扎馬山至少隆起了55m。據(jù)測(cè)年數(shù)據(jù)顯示，30 ka是一個(gè)特大型乃至巨型滑坡多發(fā)的時(shí)期，主要集中在群尖盆地黃河右岸。認(rèn)為此期滑坡的形成與降雨有很大關(guān)系，但地震觸發(fā)的可能性很大。

10 ka左右在氣候方面對(duì)應(yīng)于新仙女木時(shí)期，是末次冰期的最后一個(gè)寒冷事件，故不具備降雨誘發(fā)的條件，在構(gòu)造方面，本期屬共和運(yùn)動(dòng)第三幕。普遍認(rèn)為Ⅰ級(jí)階地形成于此時(shí)期，但階地構(gòu)造成因不明顯，階地最大切深20m，位于尖扎洼家灘、循化、積石峽河段，正好與同期的特大型滑坡集中發(fā)育相吻合，這很可能就是構(gòu)造抬升的結(jié)果。

5ka左右構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，但氣候方面大多數(shù)學(xué)者普遍認(rèn)同是個(gè)暖濕的環(huán)境條件，青海民和喇家文化層（夏正楷等，2003）的突然消失就是一個(gè)強(qiáng)有力的佐證。此期滑坡集中發(fā)育在黃河支流水系兩岸，并普遍覆于支流水系河床的砂亂礫石層之上。由于雨水豐沛，龍羊峽右岸遠(yuǎn)離黃河的半成巖湖相層坡腳處，不定期的遭受洪水侵蝕，多發(fā)特大型滑坡，推測(cè)前幾期滑坡的再次解體就發(fā)生在此階段。

綜上所述，研究區(qū)特大型滑坡的4個(gè)群發(fā)期都有其主要的觸發(fā)因素（表4）

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃河上游拉干峽—寺溝峽段共發(fā)育特大型滑坡116處，主要集中在構(gòu)造侵蝕低山丘陵和龍羊峽右岸高陡斜坡地帶，含鹽地層是區(qū)內(nèi)滑坡多發(fā)的主要地層，峽谷區(qū)及隆起帶內(nèi)滑坡與斷裂構(gòu)造有很好的線性相關(guān)特性。

特大型滑坡空間分布不均，群尖盆地?zé)o論是數(shù)量還是強(qiáng)度上都占到了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這與其所處的特殊構(gòu)造部位和昆黃運(yùn)動(dòng)時(shí)期各大斷裂帶運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變直接相關(guān)；高原掀斜式隆升過(guò)程導(dǎo)致各大支流水系特大型滑坡西岸多發(fā)于東岸。

研究區(qū)特大型滑坡有明顯的4個(gè)群發(fā)期，各期都有其不同的觸發(fā)因素，50 ka和30 ka屬構(gòu)造和氣候的耦合成因，10 ka為構(gòu)造觸發(fā)，5 ka為降雨所致。